Estudio de la viabilidad del desarrollo de un dispositivo de bajo coste, basado en medida de ruido, para determinar el nivel de sujeción de implantes dentales

Abstract

[ES] Las prótesis implantosoportadas o implantes dentales son un método recurrente para sustitución de piezas dentales dañadas. Dichos implantes poseen un protocolo de implantación donde una de las fases es la osteointegración o fijación del implante con el hueso. Durante esta fase del proceso, se debe esperar desde 1 hasta 6 meses según el procedimiento con el fin de alcanzar unos valores de fijación suficientes para colocar finalmente la corona sustituta de la pieza dental. Actualmente, existen dos dispositivos llamados Periotest y Ostell para medir la fijación del implante y el diente. Sin embargo, éstos, además de tener un elevado coste de compra, poseen fallos de medida, poniendo algunos ejemplos, las medidas realizadas con Periotest pueden verse alteradas por la técnica de medición, es decir la posición del instrumento sobre el implante o la longitud del implante. Mientras tanto el dispositivo Ostell puede verse influenciado por la orientación de este respecto al implante. Debido a las debilidades y el coste elevado de los dispositivos disponibles en el mercado, se decide realizar el estudio de viabilidad de un dispositivo de bajo coste basado en el uso de un sonómetro para el registro y control de la fase de fijación del hueso y el implante. La viabilidad del dispositivo será evaluada mediante simulación con el método de los elementos finitos (MEF). Para ello se genera tanto un modelo simplificado 2D como un modelo 3D que simula la mandíbula con el implante ya colocado y el dispositivo que se desea prototipar. Mediante el software ANSYS se comprueba primero con el modelo 2D y después con el 3D que existe una diferencia entre las frecuencias naturales del dispositivo al considerar diferentes rigideces de hueso, que representarían a huesos sanos y huesos debilitados por el efecto de una enfermedad, como podría ser la osteoporosis. Esta variación de frecuencias naturales sería utilizada como indicador de la calidad de la fijación del implante en el hueso. Se propone el uso de la frecuencia natural que resulta más sensible a la variación de las propiedades del hueso. La forma del dispositivo habrá de ser optimizada para maximizar esta sensibilidad bajo la restricción de que dicha frecuencia habrá de estar en el rango de medida típico de los sonómetros (8Hz- 22kHz). Para evaluar la geometría optimizada del dispositivo se utiliza el software de optimización modeFRONTIER, cuyo uso exige primero programar una macro que genera (en base a un modelo parametrizado de la forma del dispositivo) y analiza las distintas geometrías propuestas por el software de optimización. Finalmente, se decide maximizar la variación en frecuencia ante el cambio de las propiedades del hueso de la frecuencia 2, llegando ésta a obtener un 5%.

[CA] Les pròtesis implantosuportades o implants dentals són un mètode recurrent per substitució de peces dentals danyades. Aquests implants posseeixen un protocol d'implantació on una de les fases és l'osteointegració o fixació de l'implant amb l'os. Durant aquesta fase del procés, s'ha d'esperar d'1 a 6 mesos segons el procediment per tal d'assolir uns valors de fixació suficients per col·locar finalment la corona substituta de la peça dental. Actualment, hi ha dos dispositius anomenats Periotest i Ostell per mesurar la fixació de l'implant i la dent. No obstant això, aquests, a més de tenir un elevat cost de compra, posseeixen errors de mesura, posant alguns exemples, les mesures realitzades amb Periotest es poden veure alterades per la tècnica de mesurament, és a dir la posició de l'instrument sobre l'implant o la longitud del implant. Mentrestant el dispositiu Ostell es pot veure influenciat per l'orientació d'aquest respecte a l'implant. A causa de les debilitats i el cost elevat dels dispositius disponibles al mercat, es decideix realitzar l'estudi de viabilitat d'un dispositiu de baix cost basat en l'ús d'un sonòmetre per al registre i control de la fase de fixació de l'os i el implant. La viabilitat del dispositiu serà avaluada mitjançant simulació amb el mètode dels elements finits (MEF). Per a això es genera tant un model simplificat 2D com un model 3D que simula la mandíbula amb l'implant ja col·locat i el dispositiu que es vol prototipar. Mitjançant el programari ANSYS es comprova primer amb el model 2D i després amb el 3D que hi ha una diferència entre les freqüències naturals del dispositiu en considerar diferents rigideses d'os, que representarien a ossos sans i ossos afeblits per l'efecte d'una malaltia, com podria ser l'osteoporosi. Aquesta variació de freqüències naturals seria utilitzada com a indicador de la qualitat de la fixació de l'implant a l'os. Es proposa l'ús de la freqüència natural que resulta més sensible a la variació de les propietats de l'os. La forma del dispositiu haurà de ser optimitzada per a maximitzar aquesta sensibilitat sota la restricció que aquesta freqüència haurà d'estar en el rang de mesura típic dels sonòmetres (8Hz- 22kHz). Per avaluar la geometria optimitzada del dispositiu s'utilitza el programari d'optimització modeFRONTIER, l'ús exigeix primer programar una macro que genera (en base a un model parametritzat de la forma del dispositiu) i analitza les diferents geometries proposades pel programari d'optimització. Finalment, es decideix maximitzar la variació en freqüència davant el canvi de les propietats de l'os de la freqüència 2, arribant aquesta a obtenir un 5%

[EN] Implant-supported prostheses or dental implants are a recurring method for replacing damaged dental pieces. These implants have an implantation protocol where one of the phases is the osseointegration or fixation of the implant with the bone. During this phase of the process, people must wait from 1 to 6 months according to the procedure in order to get enough fixation values to finally place the replacement crown of the tooth. Currently, there are two devices called Periotest and Ostell to measure the fixation of the implant and the tooth. However, these gadgets have high purchase cost and measurement failures. Giving some examples, the measurements made with Periotest can be altered by the measure technique, in terms of the instrument position on the implant or the length of the implant. Meanwhile the Ostell device can be influenced by its orientation to the implant. Due to the weaknesses and the high cost of the devices available in the market, We decided to carry out the feasibility study of a low-cost device based on the use of a sound level meter to record and control the bone fixation phase and the implant. The viability of the device was evaluated by simulation with a finite element method (FEM). For this purpose, a simplified 2D model is generated as well as a 3D model able simulate the jaw with the implant already placed and the device that we want to prototype. Using the ANSYS software and based on 2D model and then with the 3D, we first checked out if there was a difference between the natural frequencies of the device when considering different bone rigidities, which would represent healthy bones and weakened bones induced by the effect of a disease, such as osteoporosis. This variation of natural frequencies would be used as an indicator of the fixation quality of the implant in the bone. The use of the natural frequency which is more sensitive to the variation of bone properties, is proposed. The shape of the device must be optimized to maximize this sensitivity. To this end is important taking into account the frequency restriction which must follow the typical measurement range of the sound level meters (8Hz-22kHz). To evaluate the optimized geometry of the device, the modeFRONTIER optimization software is used. To use this particular software is required a first step based on programming a macro (based on a parametrized model of the shape of the device) that generates and analyzes the different geometries proposed by the optimization software is required. Finally, it is decided to maximize the variation in frequency before the change of the properties of the bone of the frequency 2, arriving this to obtain a 5%.